聚碳酸酯注塑成型及其应用

聚碳酸酯注射成型及其应用简要介绍了聚碳酸酯及其优缺点和工艺特点，阐述了聚碳酸酯的注射成型工艺和注射成型产品的常见缺陷。同时，还介绍了聚碳酸酯材料在各个领域的应用。关键词：聚碳酸酯注射成型工艺聚碳酸酯简介聚碳酸酯(简称聚碳酸酯)是分子链中含有碳酸酯基团的高分子聚合物的通称。它是一种无毒透明的热塑性工程塑料。根据酯基的结构，可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等类型。其中，脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的低机械性能限制了它们在工程塑料中的应用。目前，工业上仅生产芳香族聚碳酸酯。由于其特殊的结构，聚碳酸酯已成为五大工程塑料中发展最快的通用工程塑料。1.1聚碳酸酯的优点和缺点聚碳酸酯是一种无色透明的热塑性聚合物，它不仅具有高冲击强度、优异的热稳定性、抗蠕变性和耐寒性，以及良好的电绝缘性和阻燃性，还能抵抗紫外线和老化。在目前使用的工程塑料中，聚碳酸酯的透明度最好，可见光透过率高达90%以上。另外，聚碳酸酯是一种性能优良的工程塑料，由于其密度低、加工容易，应用广泛。但是，它的缺点是容易产生应力开裂，耐溶剂性、耐碱性差，高温下容易水解，对缺口敏感性大，与其他树脂相容性差，摩擦系数大，无自润滑性。1.2聚碳酸酯的加工特性聚碳酸酯是一种线性聚合物，其分子主链结构中含有苯环、异丙基和酯键。这种结构使其既有刚性又有柔性，并具有良好的耐高温性。然而，它也具有熔体粘度高和对水分敏感的缺点，这给注射成型带来了一定的困难。其加工特点是熔点不明显，在正常加工温度230-320范围内熔体粘度高，粘度对剪切速率的敏感性低，对温度的敏感性高，类似于牛顿流体的行为。树脂对水分敏感，在高温下容易水解；产品容易产生内应力等。因此，聚碳酸酯是一种难以加工的塑料。注射成型的基本原理和工艺流程2.1注射成型的基本原理注塑机利用塑料加热到一定温度后会熔化成液体的特性，将熔化的液体高压注入封闭的模腔，冷却定型，开模，射出所需的塑料产品。2.2注射成型工艺塑料零件的注射成型过程主要包括四个阶段：充填、保压、冷却和脱模。这四个阶段直接决定了产品的成型质量，是一个完整连续的过程。(1)填充阶段灌装是整个注射周期的第一步。从关闭模具到填充模具型腔的时间大约为95%。理论上，填充时间越短，成型效率越高。然而，在实践中，成型时间或注射速度受到许多条件的限制。高速灌装。当高速填充时，剪切速率相对较高，并且塑料的粘度由于剪切变稀而降低，这降低了整体流动阻力。局部粘性加热也会使固化层的厚度变薄。因此，在流量控制阶段，填充行为通常取决于要填充的体积。也就是说，在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效应通常很大，而薄壁的冷却效应不明显，因此速度的效应占优势。低速灌装。当控制热传导以低速填充时，剪切速率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑性塑料的补充速度慢、流动慢，热传导效果明显，热量很快被冷模壁带走。通过少量的粘性加热，固化层具有较厚的厚度，并进一步增加了较薄壁的流动阻力。(2)保压阶段保压阶段的功能是连续施加压力，压实熔体并增加塑料的密度(致密化)，以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，背压很高，因为模腔已经充满了塑料。在保压压实过程中，注塑机螺杆只能缓慢而轻微地向前移动，塑料的流动速度也相对较慢。此时的流量称为保压流量。在保压阶段，塑料通过模壁的冷却和凝固加速，熔体粘度迅速增加，因此模腔中的阻力非常大。在保压后期，材料密度不断增加，塑料件逐渐成型。保压阶段应持续到闸门固化和密封。此时，保压阶段的型腔压力达到最高值。(3)冷却阶段注射模冷却系统的设计非常重要。这是因为只有当模制塑料产品冷却并固化到一定的刚性时，才能防止塑料产品在脱模后由于外力而变形。由于冷却时间约占整个成型周期的70% 80%，设计良好的冷却系统可以大大缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。冷却系统设计不当会延长成型时间，增加成本。不均匀的冷却会进一步导致塑料制品的翘曲变形。(4)脱模阶段脱模是注射成型周期的最后一步。尽管产品已经冷定形和成型，脱模仍然对产品质量有非常重要的影响。脱模方法不当会导致产品在脱模过程中应力不均匀，在顶出过程中变形。脱模方式主要有两种：顶杆脱模和脱模板脱模。设计模具时，应根据产品的结构特点选择合适的脱模方法，以保证产品质量。对于带顶杆脱模的模具，顶杆应尽可能均匀设置，并应位于塑件脱模阻力最大、强度和刚度最大的位置，以避免塑件变形和损坏。脱模板一般用于脱模深腔薄壁容器和不允许有推杆痕迹的透明产品。该机构具有脱模力大、均匀、运动平稳、不留明显痕迹的特点。3聚碳酸酯注射成型工艺3.1原材料的处理聚碳酸酯塑料原料的吸水率相对较高。因为聚碳酸酯在高温下对微量水分敏感，所以在加工前必须预热和干燥。干燥温度通常为110-120。连续24小时。3.2闸门设计针形闸门可用于小型产品。浇口深度应为最厚部分的70%。其他的门是环形和矩形的。浇口越大越好，以减少塑料过度剪切造成的缺陷。排气孔的深度应小于0.03-0.06毫米，流道应尽可能短且圆，脱模斜度一般约为30-1。3.3注射温度注射温度是影响注射压力的一个重要因素。注塑机料筒有5-6个加热段，每种原料都有合适的加工温度。注射成型温度必须控制在一定范围内。温度过低和熔体塑化不良会影响成型件的质量，增加工艺难度。温度太高，原料容易分解。聚碳酸酯没有明显的熔点，可以在240至310的注射成型温度下成型。如果温度超过320，分解将开始。在成型过程中，温度调节比压力调节更有效。通常，为了逐渐熔化塑料，在材料管的后部/进料区域设置较低的温度，而在材料管的前部设置较高的温度。但是，如果螺钉设计不当或升/降值太小，反向温度设置更好。3.4模具温度模具温度取决于产品的形状和厚度。适当提高模具温度有利于脱模和产品质量。模具温度要求为70-1注射压力由注射成型系统的液压系统提供。液压缸的压力通过注塑机的螺杆传递给塑料熔体，塑料熔体在压力的推动下通过注塑机的喷嘴进入模具的垂直流道、主流道、分支流道，并通过浇口进入模腔。该过程是注射成型过程，或填充过程。压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者相反，流动过程中的阻力需要注塑机的压力来抵消，从而保证填充过程的顺利进行。为了尽快填充模腔，注射压力越大越好，一般在850-1400 kg/cm2左右，最大值为2400kg/cm2。然而，背压越低越好，通常不超过注射压力的20%，但是需要均匀进料，并且推荐3-14 kg/cm2。3.6注射速度如果注射速度太慢，产品容易产生波纹。如果注射速度过快，溶液可能会开裂，浇口附近可能会出现糊点，导致产品表面粗糙。除薄壁、小浇口、深孔、长流程产品外，一般采用中速或慢速注射，优先采用“慢-快-慢”多级注射方式。3.7气缸温度和螺杆速度前面250-310，中间240-280，后面230-250。螺杆速度应为30-120转/分钟。3.8保持压力和时间在注射成型过程结束时，螺杆停止转动，只是向前推动。此时，注射成型进入保压阶段。在压力保持过程中，注射成型机的喷嘴持续向型腔供应材料，以填充由于产品收缩而空出的体积。如果在型腔充满后不保持压力，零件将收缩约25%，特别是由于过度收缩在肋部形成收缩痕迹。保压压力一般为最大充填压力的85%左右，应根据实际情况确定。3.9产品的后处理对于具有复杂形状、金属嵌件和极低或极高使用温度的产品，有必要进行后处理以消除或降低内应力。方法：将产品放入干燥箱中加热。室温升至100-105时保温10-20分钟，再升至120-125时保温30-40分钟，然后慢慢冷却至60以下取出。4注塑产品的常见缺陷注射成型过程中使用的塑料原料各不相同，模具设计的类型和形式也各不相同。此外，操作人员对特定注塑机的熟悉程度以及工人的操作技能和实践经验也有所不同。同时，客观环境(如环境温度、湿度和空气洁净度)也会随着季节而变化。这些客观和主观条件共同决定了注塑产品中缺陷的出现。一般来说，有三个主要方面来评估塑料产品的性能：一是外观质量，包括完整性、色泽；第二，尺寸和相对位置之间的精度，即尺寸精度和位置精度；第三，机械性能、化学性能、电学性能等。对应于应用，即功能因此，如果上述三个方面中的任何一个出现问题，都会导致产品缺陷的产生和扩大。注塑产品中常见缺陷的分类；外观缺陷：银斑和焊缝。工艺问题：闪光、收缩、缺胶。性能问题：翘曲和脆化。5种聚碳酸酯材料的应用电脑工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业、电子电器工业，其次是工业机械零件、光盘、包装、计算机及其他办公设备、医疗保健、电影、休闲和防护设备等。5.1建筑材料行业聚碳酸酯片材具有良好的透光率、抗冲击性、耐紫外线辐射性、产品的尺寸稳定性以及良好的成型加工性能，使其相对于建筑行业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。中国有20多条聚碳酸酯建筑材料空心板生产线，大约需要7条聚碳酸酯具有良好的抗冲击性、抗热变形性、耐候性和高硬度，因此适用于生产汽车和轻型卡车的各种零件，主要集中在照明系统、仪表板、加热板、解冻器和聚碳酸酯合金制成的保险杠上。根据发达国家的数据，聚碳酸酯用于40% 50%的电子、电气和汽车制造行业，而中国在这一领域仅占10%左右。电子、电气和汽车制造业是中国快速发展的支柱产业，未来这些领域对聚碳酸酯的需求将非常巨大。预计2005年中国汽车总量将超过300万辆，需求量将达到3万吨，因此聚碳酸酯在这一领域的应用具有很大的扩展潜力。5.3电子设备聚碳酸酯是一种优良的绝缘材料，因为它在很宽的温度和湿度范围内具有良好和恒定的电绝缘性。同时，其良好的阻燃性和尺寸稳定性使其在电子电气工业中形成了广泛的应用领域。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械、电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉、真空吸尘器零件等。此外，聚碳酸酯材料在计算机、录像机和彩电等对零件精度要求很高的重要零件中也显示出极高的使用价值。5.4医疗器械聚碳酸酯产品广泛用于人工肾血液透析设备和其他医疗设备，这些设备需要在透明和直观的条件下操作，并且需要重复消毒，因为它们能够经受蒸汽、清洁剂、加热和高剂量辐射消毒，而不会变黄和物理性能恶化。例如生产高压注射器、外科口罩、一次性牙科器械、血液分离器等。5.5包装领域包装领域的新增长点是可以反复消毒和使用的各种储水瓶。聚碳酸酯产品具有重量轻、抗冲击性和透明性好、用热水和腐蚀性溶液清洗不变形、保持透明等优点，因此在某些领域，聚碳酸酯瓶已经完全取代了玻璃瓶。预计随着人们对饮用水质量关注的不断提高，该地区聚碳酸酯的消费增长率将保持在10%以上，预计到2005年将达到6万吨。5.6光学透镜聚碳酸酯由于其独特的高透光率、高折射率、高抗冲击性、尺寸稳定性和易于加工成型的特性，在该领域占有极其重要的地位。由光学级聚碳酸酯制成的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜和光学测试仪器，还可用于办公设备和家用电器的许多领域，如电影放映机透镜、复印机透镜、红外自动聚焦放映机透镜、激光束打印机透镜、各种棱镜、多面镜等，其应用市场极其广阔。聚碳酸酯在光学透镜中的另一个重要应用领域是作为儿童眼镜、太阳镜、安全眼镜和成人眼镜的透镜材料。世界玻璃行业聚碳酸酯消费年均增长率保持在20%以上，显示出巨大的市场活力。参考1黄锐，曾邦禄主编。塑性成形技术M。第二版。北京：中国轻工业出版社，2008孟子白斌。1聚碳酸酯的应用前景及技术研究进展J.化学进展，2005(1)李，尹，等.聚碳酸酯具